JP5362630B2 - Multi-point optical fiber sensor device and node communication control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、多点型光ファイバセンサ装置及びそのノード通信制御方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、1本の光ファイバ幹線の途中に複数の光センサを連結し、送信機から送出光を送信し、光センサからの反射光に基づいてセンサ情報の収集を行う多点型光ファイバセンサ装置及びそのノード通信制御方法に関するものである。 The present invention relates to a multipoint optical fiber sensor device and a node communication control method thereof. More specifically, in the present invention, a plurality of optical sensors are connected in the middle of one optical fiber trunk line, transmitted light is transmitted from a transmitter, and sensor information is collected based on reflected light from the optical sensor. The present invention relates to a point-type optical fiber sensor device and a node communication control method thereof.
多点型光ファイバセンサ装置として、図5及び図6に示すように、1本の光ファイバ121の途中の測定点に光カプラ123や波長多重型カプラ(WDMカプラ)124を使用して光センサ125を接続するものがあるが、光カプラ123を使用する場合(図5)には光カプラ123を通過する際の送出光126の減衰が著しいため、また、WDMカプラ124を使用する場合(図6)にはWDMカプラ124毎に分岐させる光の波長特性(λ1,λ2,λ3,…)を変える必要があるため、いずれの場合にも測定点を多く設けるのが難しい。そのため、光カプラ123やWDMカプラ124の代わりに光スイッチを使用して光センサを接続する多点型光ファイバセンサ装置がある(特許文献1)。
As a multipoint optical fiber sensor device, an optical sensor using an
この多点型光ファイバセンサ装置を図7に示す。多点型光ファイバセンサ装置は、各測定点101の光スイッチ102を操作するセンサ選択用光源103とセンシング用光源104とを設け、3本の光ファイバ105,106,107を使用して測定を行っている。
This multipoint type optical fiber sensor device is shown in FIG. The multi-point optical fiber sensor device includes a sensor
例えば、上流側から2番目の測定点101で測定を行う場合、制御装置108はセンサ選択用光源103に当該測定点101の光式ガスセンサ109を選択する2番目選択信号を送信するように命令する。この命令により、センサ選択用光源103から選択信号用光ファイバ105に2番目選択信号が送信され、この選択信号を2番目の測定点101の光/電変換器110が受けると、光/電変換器110は光スイッチ102,102を光センサ側に切り換える。したがって、センシング用光源104からセンサ入力信号用光ファイバ106に送信された送出光は2番目の測定点101において光センサ側に供給され、光式ガスセンサ109による変調が行われた後、センサ出力信号用光ファイバ107を通って分波器111へと供給され、光検出器112に検出されて演算処理装置113で処理される。
For example, when the measurement is performed at the
このような測定を制御装置108は各測定点101,101,…に対して順番に繰り返し行い、各測定点101における測定が行われる。
The
この多点型光ファイバセンサ装置では、光式ガスセンサ109の接続に光スイッチ102,102を使用しているため、測定点101を通過する送出光の減衰は僅かであり、また、WDMカプラのように測定点101毎に波長特性を変える必要もないので、測定点101を多く設けることが可能である。
In this multipoint type optical fiber sensor device, the
しかしながら、上述の多点型光ファイバセンサ装置では、測定に直接使用される光ファイバ106,107とは別に光スイッチ102を操作するための光ファイバ105が必要であり、設置が大掛かりなものとなる。
However, in the above-described multipoint optical fiber sensor device, the
また、制御装置108からの制御によって使用される測定点101が決定されるため、測定点101側からの要求に応じて測定を行うことができない。
Moreover, since the
本発明は、光ファイバを複数設ける必要がなく、また、測定点側からの要求(ノード側からの発呼)に応じて測定可能な多点型光ファイバセンサ装置を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a multi-point optical fiber sensor device that does not need to provide a plurality of optical fibers and can perform measurement in response to a request from the measurement point side (call from the node side). .
かかる目的を達成するために、請求項1記載の発明は、1本の光ファイバ幹線に間隔をあけて複数の測定点を設けると共に、光ファイバ幹線に送出光を送信する送信機と測定点からの反射光を受信する受信機が設けられている多点型光ファイバセンサ装置において、送信機は測定点側からの送信要求とは無関係に前記送出光を送信するものであり、測定点には、光ファイバ幹線から1本の光ファイバ分岐線を分岐させると共に初期状態では幹線側に切り換えられている光スイッチと、光ファイバ分岐線の先端に設けられた反射型の光センサ部と、光ファイバ幹線を下り方向に伝わる送出光を検出する第1の光検出手段と、光ファイバ幹線を上り方向に伝わる反射光を検出する第2の光検出手段と、センサ情報の送信要求条件が満たされた場合に第1の光検出手段が送出光を検出し且つ第2の光検出手段が反射光を反射光を検出していないときに光スイッチを分岐線側に切り換える通信制御部と、少なくとも通信制御部と光スイッチに電力を供給する電源が設けられており、通信制御部は光センサ部からの反射光が光ファイバ幹線に戻った後、光スイッチを幹線側に切り換えるものである。
In order to achieve such an object, the invention according to
多点型光ファイバセンサ装置を設置した初期状態では光スイッチは幹線側に切り換えられている。この状態で送信機は測定点側の送信要求とは無関係に送出光を送信しているが、光ファイバ幹線の最遠端では光が反射しないので、反射光はどこからも戻ってこない。 In the initial state where the multipoint optical fiber sensor device is installed, the optical switch is switched to the main line side. In this state, the transmitter transmits the transmitted light regardless of the transmission request on the measurement point side, but since the light is not reflected at the farthest end of the optical fiber trunk line, the reflected light does not return from anywhere.
この状態で、ある測定点のノードにおいて予め定められている送信要求条件C1が満たされると、当該測定点の通信制御部が光スイッチを分岐線側に切り換える。したがって、光ファイバ幹線を伝わってきた送出光が光ファイバ分岐線へと伝わり、光センサ部に供給されてセンサ情報に応じた変調が行われる。そして、光センサ部からの反射光は光ファイバ分岐線から光スイッチを通って光ファイバ幹線へと戻り、この光ファイバ幹線を上り方向に伝わって受信機によって受信される。これにより、センサ情報の収集が行われる。 In this state, when a predetermined transmission request condition C1 is satisfied at a node at a certain measurement point, the communication control unit at the measurement point switches the optical switch to the branch line side. Therefore, the transmitted light transmitted through the optical fiber trunk line is transmitted to the optical fiber branch line, supplied to the optical sensor unit, and modulated according to the sensor information. Then, the reflected light from the optical sensor part returns from the optical fiber branch line through the optical switch to the optical fiber trunk line, travels along the optical fiber trunk line in the upstream direction, and is received by the receiver. Thereby, collection of sensor information is performed.
このような測定を1本の光ファイバ幹線を用いて行うには、複数の測定点で同時に通信(送出光を取り込んでセンサ情報を重畳させた反射光を戻すこと)が行われるのを防止し、現時点で通信を行っている測定点より上流の測定点の光スイッチを幹線側に切り換えておき、通信が行われた測定点からの反射光が受信機に確実に到達するようにする必要がある。即ち、他の測定点との通信の衝突を防ぐ必要がある。そのため、本発明では、第1の光検出手段と第2の光検出手段を設け、他の測定点での通信の有無を検出し、他の測定点で通信が行われていない場合に通信を行うようにしている。 In order to perform such a measurement using a single optical fiber trunk line, it is possible to prevent simultaneous communication (returning reflected light on which sensor information is superimposed by taking in outgoing light) at a plurality of measurement points. Therefore, it is necessary to switch the optical switch at the measurement point upstream from the measurement point currently communicating to the main line side so that the reflected light from the measurement point at which communication has been performed reliably reaches the receiver. is there. That is, it is necessary to prevent communication collisions with other measurement points. Therefore, in the present invention, the first light detection means and the second light detection means are provided to detect the presence / absence of communication at other measurement points, and to communicate when communication is not performed at other measurement points. Like to do.
いま、第1の光検出手段が光ファイバ幹線を下る送出光を検出した場合、即ち第1の光検出手段がオン状態の場合には、当該測定点よりも上流側(送信機に近い側)の測定点の光スイッチは全て幹線側に切り換えられており、上流側の測定点は全て通信を行っていないと考えられる。また、第2の光検出手段が光ファイバ幹線を上る反射光を検出していない場合、即ち第2の光検出手段がオフ状態の場合には、当該測定点よりも下流側(送信機から遠い側)の測定点は全て通信を行っていないと考えられる。つまり、第1の光検出手段がオン状態で且つ第2の光検出手段がオフ状態の場合には、他の測定点では通信が行われていない。この条件が成立した場合に通信制御部は光スイッチを操作して分岐線側に切り換え、送信機からの送出光を光ファイバ分岐線へと取り込んで通信が開始される。 Now, when the first light detection means detects the outgoing light that travels down the optical fiber trunk line, that is, when the first light detection means is in the ON state, it is upstream from the measurement point (side closer to the transmitter). The optical switches at the measurement points are all switched to the main line side, and it is considered that all the upstream measurement points are not communicating. Further, when the second light detection means does not detect the reflected light that goes up the optical fiber trunk line, that is, when the second light detection means is in the OFF state, it is downstream of the measurement point (far from the transmitter). It is considered that all the measurement points on the side) are not communicating. That is, when the first light detection means is in the on state and the second light detection means is in the off state, communication is not performed at other measurement points. When this condition is satisfied, the communication control unit operates the optical switch to switch to the branch line side, takes in the transmitted light from the transmitter into the optical fiber branch line, and starts communication.
通信制御部は、光センサ部からの反射光が光ファイバ分岐線から光ファイバ幹線へと戻った後、光スイッチの光パスを幹線側に切り換える。これにより、当該測定点における通信が終了し、他の測定点が通信可能となる。 The communication control unit switches the optical path of the optical switch to the main line side after the reflected light from the optical sensor unit returns from the optical fiber branch line to the optical fiber main line. As a result, communication at the measurement point ends, and other measurement points can communicate.
また、請求項2記載の多点型光ファイバセンサ装置は、送出光には反射位置を区別するための信号が重畳されているものである。したがって、区別信号の伝播時間に基づいてどの測定点からの反射光であるかを判別することが可能になる。
In the multipoint optical fiber sensor device according to
また、請求項3記載の多点型光ファイバセンサ装置は、送信要求条件は予め定められた時刻に、又は光センサ部による状態変化検出時に満たされるようにしている。したがって、各測定点において定期的な測定、又は必要になったタイミングで測定が行われる。 According to a third aspect of the present invention, the transmission request condition is satisfied at a predetermined time or when a state change is detected by the optical sensor unit. Accordingly, periodic measurement is performed at each measurement point, or measurement is performed at a necessary timing.
さらに、請求項4記載の多点型光ファイバセンサ装置は、通信制御部及び光スイッチは、通信が行われる場合以外にはスリープ状態に移行するものである。したがって、非作動時の電力消費を抑えることができる。
Furthermore, in the multipoint optical fiber sensor device according to
また、請求項5記載の多点型光ファイバセンサ装置のノード通信制御方法は、1本の光ファイバ幹線上に複数の測定点を設け、測定点のノードにおいて送信要求条件が満たされた場合にノードは光ファイバ幹線の通信状態を調べて情報集約局からの送出光を検出し且つ下流側の測定点のノードからの反射光を検出できないときに他の測定点で通信が行われていないと判断して情報集約局との通信を行うものである。したがって、1本の光ファイバ幹線を使用して各数点における測定を行うことができる。また、各測定点のノード側からの要求に応じて情報集約局との間で通信が行われる。
The node communication control method for a multipoint optical fiber sensor device according to
請求項1記載の多点型光ファイバセンサ装置によれば、1本の光ファイバ幹線に光スイッチを介して光センサ部を接続しているので、1本の光ファイバを使用して多数点における測定を行うことができる。そのため、複数の光ファイバを使用する場合に比べて構成を単純化することができ、装置が大掛かりなものになるのを防ぐことができる。また、通信制御部はセンサ情報の送信要求条件が満たされた場合に通信を行うので、各ノード側からの要求に応じて通信を行うことができる。このとき、各測定点は光ファイバ幹線の空き状態を確認してから通信を行うので、使用する光ファイバ幹線が1本であったとしても通信の衝突を回避することができ、光センサ部で測定したセンサ情報を確実に受信機へと送ることができる。さらに、光センサ部の接続に光スイッチを使用するので、光カプラを使用した場合のように送出光の著しい減衰を防止することができると共に、WDMカプラを使用した場合のように測定点毎に波長特性を変える必要もないので、測定点を多く設けることが可能である。
According to the multi-point type optical fiber sensor device according to
また、請求項2記載の多点型光ファイバセンサ装置では、送信する送出光には反射位置を区別するための信号が重畳されているので、どの測定点からの反射光であるかを特定することができる。
In the multipoint optical fiber sensor device according to
また、請求項3記載の多点型光ファイバセンサ装置では、予め定められた時刻に、又は光センサ部による状態変化検出時に送信要求条件が満たされるようにしているので、定期的に、又は必要になった時点で測定を行うことができる。
In the multi-point optical fiber sensor device according to
さらに、請求項4記載の多点型光ファイバセンサ装置では、通信制御部及び光スイッチの非作動時の電力消費を抑えることができるので、バッテリ切れまでの期間を延ばすことができる。 Furthermore, in the multipoint optical fiber sensor device according to the fourth aspect, power consumption when the communication control unit and the optical switch are not operated can be suppressed, so that the period until the battery runs out can be extended.
また、請求項5記載の多点型光ファイバセンサ装置のノード通信制御方法によれば、1本の光ファイバ幹線に複数の測定点を設けているので、1本の光ファイバを使用して多数点における測定を行うことができる。そのため、複数の光ファイバを使用する場合に比べて構成を単純化することができ、装置が大掛かりなものになるのを防ぐことができる。また、各測定点のノードにおいて送信要求条件が満たされた場合に通信を行うようにしているので、各ノード側からの要求に応じて通信を行うことができる。このとき、各ノードは光ファイバ幹線の空き状態を確認してから通信を行うので、使用する光ファイバ幹線が1本であったとしても通信の衝突を回避することができ、測定したセンサ情報を確実に情報集約局へと送ることができる。
According to the node communication control method for a multipoint optical fiber sensor device according to
そして、ノードは、情報集約局からの送出光を検出し且つ下流側の測定点のノードからの反射光を検出できないときに他の測定点で通信が行われていないと判断するので、他の測定点のノードによって通信が行われているか否かを簡単且つ確実に検出することができる。 Then , when the node detects the transmitted light from the information collecting station and cannot detect the reflected light from the node at the downstream measurement point, it determines that communication is not performed at another measurement point. It is possible to easily and reliably detect whether or not communication is being performed by the node of the measurement point.
以下、本発明の構成を図面に示す形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on the form shown in the drawings.
図1及び図2に本発明の多点型光ファイバセンサ装置の実施形態の一例を示す。この多点型光ファイバセンサ装置は、1本の光ファイバ幹線1に間隔をあけて複数の測定点2を設けると共に、光ファイバ幹線1に送出光3を送信する送信機4と測定点2からの反射光5を受信する受信機6が設けられているものであって、測定点2には、光ファイバ幹線1から1本の光ファイバ分岐線7を分岐させると共に初期状態では幹線側に切り換えられている光スイッチ8と、光ファイバ分岐線7の先端に設けられた反射型の光センサ部9と、光ファイバ幹線1を下り方向に伝わる送出光3を検出する第1の光検出手段10と、光ファイバ幹線1を上り方向に伝わる反射光5を検出する第2の光検出手段11と、センサ情報の送信要求条件C1が満たされた場合に送信可能条件C2が満たされると光スイッチ8を分岐線側に切り換える通信制御部12と、少なくとも通信制御部12と光スイッチ8に電力を供給する電源13が設けられており、通信制御部12は光センサ部9からの反射光5が光ファイバ幹線1に戻った後、光スイッチ8を幹線側に切り換えるようにしている。
1 and 2 show an example of an embodiment of the multipoint optical fiber sensor device of the present invention. This multi-point optical fiber sensor device is provided with a plurality of
光ファイバ幹線1は、1本の光ファイバで形成されている。光ファイバ幹線1の上流側端1aには、光サーキュレータ21を介して送信機4と受信機6を備える情報集約局14が設けられている。送信機4は光ファイバ幹線1にセンサ情報を乗せるのに十分な時間幅の送出光3を送信するものであり、例えば光送信機、E/O変換器(電/光変換器)等の使用が可能である。本実施形態では、送信機4は送出光3として連続光を送出する。ただし、送出光3は連続光に限るものではなく、センサ情報を乗せるのに十分な時間幅の光であれば使用可能である。また、本実施形態の送信機4は送信する送出光3に反射位置を区別するための信号Iを重畳する機能を有している。区別信号Iは反射光5に重畳されるセンサ信号の周波数と区別可能な周波数のものであり、一般に前記センサ信号よりも周波数の高い信号の使用が好ましい。例えば、周期的な負極性パルス光、決まったパターンの符号列を意味する波形の光等が使用可能である。送出光3の強度は、少なくとも、最も下流側に設けられている測定点2からの反射光5が測定に必要な強度のものとして受信できる程度の大きさを有している。また、送信機4は測定点2側からの送信要求とは無関係に送出光3を送信する。
The optical
受信機6は光ファイバ幹線1からの反射光5を受信するものである。反射光5には測定点2でのセンサ情報が含まれているので、反射光5の受信によってセンサ情報を収集することができる。また、受信機6は受信した光の波形情報を出力可能になっている。受信機6として、例えば光受信機、O/E変換器(光/電変換器)等の使用が可能である。受信機6の出力端には、例えば市販の波形分析装置が接続される。波形分析装置は受信機6から出力された波形情報に基づいて波形を分析し、変調によるセンサ情報や重畳されている区別信号I等を検出する。波形分析装置としては、例えば、A/D変換器の使用が可能である。区別信号Iは周波数の違いに基づいて反射光5に重畳されるセンサ信号から分離される。
The
測定点2は、光ファイバ幹線1に、例えば一定間隔で設けるようにしても良いし、測定を行いたい場所に光センサ部9が配置されるように特定の位置に設けるようにしても良いし、その他任意の位置に設けるようにしても良い。各測定点2に設けられている機器類はノード15を構成している。
The measurement points 2 may be provided on the optical fiber
光スイッチ8は上流側に1つのポート8aを有し、下流側に2つのポート8b,8cを有する1×2タイプの光スイッチである。上流側のポート8aと下流側の第1のポート8bには光ファイバ幹線1が、下流側の第2のポート8cには光ファイバ分岐線7がそれぞれ接続されている。光ファイバ分岐線7は1本の光ファイバによって形成されている。光ファイバ分岐線7は光ファイバ幹線1を所望の位置に設置した場合に光センサ部9を所望の位置に設置するのに十分な長さを有している。
The
本実施形態では、光スイッチ8として、電力の供給が無くてもその切換位置が保持される自己保持型の光スイッチを使用している。光スイッチ8の切換駆動部8dは、通信制御部12からの切換命令を受けた場合にスリープ状態から起動されて光パスを切り換える。即ち、通信制御部12からの切換命令を受けるまでスリープ状態になっており、幹線側への切換命令を受けて起動する。
In the present embodiment, as the
光センサ部9を図3に示す。光センサ部9は例えばユニバーサル化されたもので、例えばセンサ本体16と、信号変換部17と、光変調素子18より構成されている。センサ本体16としては、例えば温度センサ、振動センサ、電界・磁界センサ、浸水センサ、火災センサ等の使用が可能であり、測定の目的・用途等に応じて1又は複数のセンサが適宜使用される。センサ本体16の出力(センサ情報)は信号変換部17に供給される。
The optical sensor unit 9 is shown in FIG. The optical sensor unit 9 is, for example, universalized, and includes, for example, a
使用されるセンサ本体16のうち電源13から電力供給を受けているセンサ本体16は、その測定値が予め設定されている範囲を超えて変化した場合等に状態変化検出信号を通信制御部12に出力する。
Among the
信号変換部17は、センサ本体16からの検出信号を光変調用信号に変換し、変換した信号を光変調素子18に供給する。なお、センサ本体16が複数設けられている場合、複数のセンサ本体16からのセンサ情報を纏めて1種類の変調用信号に変換する。変調用信号の種類としては、光変調素子18の機能に応じたものが使用される。例えば、光変調素子18が振動によって反射光5を変調する場合には、変調用信号として光変調素子18を振動させる信号が使用される。
The
光変調素子18は入力した光を変調させながら反射して出力するものであり、光ファイバ分岐線7の先端に接続されている。光ファイバ分岐線7から光変調素子18に入力した送出光3は光ファイバ分岐線7の反対側に設けられた反射膜18aに反射されて光ファイバ分岐線7へと戻る。送出光3及びその反射光5は光変調素子18を通過する際、光変調素子18からの刺激を受けて変調され、センサ本体16によって測定されたセンサ情報を重畳される。本実施形態の光変調素子18は振動によって光を変調させるものであり、信号変換部17からの変調用信号を受けて振動し、送出光3及びその反射光5を変調させる。
The
第1の光検出手段10及び第2の光検出手段11は、他の測定点2のノード15による通信の有無を検出するものである。第1の光検出手段10及び第2の光検出手段11は、例えば光カプラ19を介して光ファイバ幹線1に接続されている。光カプラ19は上流側及び下流側にそれぞれ2つずつポート19a,19b、19c,19dを有する2入力2出力タイプの光カプラである。上流側の透過側ポート19a及び下流側の透過側ポート19cには光ファイバ幹線1が、上流側の分岐側ポート19b及び下流側の分岐側ポート19dには、分岐線20がそれぞれ接続されている。分岐線20は光ファイバによって形成されている。第1の光検出手段10は下流側の分岐側ポート19dに接続された分岐線20の端末に、第2の光検出手段11は上流側の分岐側ポート19bに接続された分岐線20の端末にそれぞれ設けられている。第1の光検出手段10及び第2の光検出手段11は、例えば光/電変換器であり、その検出信号は通信制御部12に供給される。
The first light detection means 10 and the second light detection means 11 detect the presence / absence of communication by the
光カプラ19の分岐特性は分岐側の信号強度が透過側の信号強度に比べると著しく小さくなっており、光ファイバ幹線1を伝わる送出光3及び反射光5の減衰をできるだけ抑えるようにすることで多数の測定点2の設置を可能にしている。光カプラ19の分岐特性は、例えば透過光:分岐光=95:5となっている。ただし、分岐特性はこの割合に限るものではなく、測定点2の数や光ファイバ幹線1の長さ等を考慮して適宜設定可能である。
The branching characteristic of the
通信制御部12は、予め定められた送信要求条件C1が満たされた場合に予め定められた送信可能条件C2が満たされているか否かを判断し、送信可能条件C2が満たされている場合に通信処理を行う。通信制御部12は小型のコンピュータによって構成され、予めインストールされているプログラムに従って所定の通信処理を行なう。通信制御部12の入力側には光センサ部9,第1の光検出手段10,第2の光検出手段11が接続され、出力側には光センサ部9,光スイッチ8の切換駆動部8dが接続されている。
The
送信要求条件C1は、予め定められた時刻に、又は光センサ部9による状態変化検出時に満たされる(or条件)。通信制御部12はタイマ回路を有しており、現在の時刻を常時認識している。予め設定された送信時刻になると送信要求条件C1が満たされ、通信が行われる。これにより、定期的な測定が行われる。また、光センサ部9から状態変化検出信号が供給されると送信要求条件C1が満たされ、通信が行われる。通信制御部12は光センサ部9からの状態変化検出信号の有無を常時監視している。これにより、定時以外に必要に応じて測定が行われる。
The transmission request condition C1 is satisfied at a predetermined time or when a state change is detected by the optical sensor unit 9 (or condition). The
通信制御部12は、送信要求条件C1が満たされることをトリガにしてスリープ状態から起動される。即ち、通信制御部12は、通信を行わない待ち状態では、タイマ回路や状態変化を検出する回路以外を休止させているスリープ状態に移行しており、電力消費が抑えられている。
The
送信可能条件C2は、第1の光検出手段10が送出光3を検出し且つ第2の光検出手段11が反射光5を検出していないときに満たされる(and条件)。通信制御部12は送信要求条件C1が満たされた場合、スリープ状態から起動されて第1及び第2の光検出手段10,11からの検出信号の有無を監視し、送信可能条件C2の判断を開始する。
The transmittable condition C2 is satisfied when the first light detection means 10 detects the transmitted
通信制御部12が行う通信処理を図4に示す。通信制御部12は送信要求条件C1(ステップS41)が満たされ、且つ送信可能条件C2(ステップS42)も満たされると、光スイッチ8の切換駆動部8dを起動させて光スイッチ8を幹線側から分岐線側に切り換える(ステップS43)。具体的には、光スイッチ8の切換駆動部8dに分岐線側への切換命令を送信する。これにより、光スイッチ8が分岐線側に切り換えられ、送信機4からの送出光3が分岐線側に伝えられる。その後、通信制御部12は光センサ部9がスリープ状態にある場合には光センサ部9を起動させる(ステップS44)。具体的には、光センサ部9のセンサ本体16及び信号変換部17に起動命令を送信する。そして、光センサ部9により変調されてセンサ情報が重畳された反射光5が光ファイバ幹線1へと戻るのに十分な時間tが経過した後、光スイッチ8を幹線側に切り換える(ステップS46)。具体的には、光スイッチ8の切換駆動部8dに幹線側への切換命令を送信する。これにより、他の測定点2のノード15の通信が可能になる。なお、通信制御部12はタイマ回路を有しており、このタイマ回路によって時間tの経過を計測する。この時間tは予め決められており、通信制御部12の記憶部に記憶されている。その後、通信制御部12は光センサ部9および光スイッチ8の切換駆動部8dをスリープ状態に移行させた(ステップS47)後、通信制御部12自身もスリープ状態に移行して送信要求条件C1が満たされるのを待つ(ステップS41)。
A communication process performed by the
電源13は例えば電池であり、定期的に又は適宜に交換可能となっている。ただし、必ずしも電池に限るものではなく、例えば測定点2の近傍に商用電源13等の電源13がある場合にはこれを利用することも可能である。本実施形態では、電源13は通信制御部12、光スイッチ8の切換駆動部8d、光センサ部9のセンサ本体16及び信号変換部17に電力を供給している。ただし、電力の供給先はこれらに限るものではなく、例えば第1の光検出手段10及び第2の光検出手段11が電力を必要とする場合にはこれらに電力を供給するようにしても良い。また、例えは光センサ部9のセンサ本体16が電力を必要としない場合にはこれに電力を供給しなくても良い。
The
次に、多点型光ファイバセンサ装置の作動について説明する。 Next, the operation of the multipoint optical fiber sensor device will be described.
多点型光ファイバセンサ装置が設置された直後の初期状態では、光スイッチ8は幹線側に切り換えられている。即ち、全ての測定点2(ノード15)の光スイッチ8は幹線側に切り換えられている。この状態で送信機4から光ファイバ幹線1に送出光3が送信されると、送出光3は各測定点2の光スイッチ8及び光カプラ19を透過して最遠端へと伝わる。光ファイバ幹線1の最遠端では反射が起こらないので、反射光5は発生しない(あるいは光センサ部9に比べると無視できるほど反射率が低いので、反射光5は発生しないとみなせる)。
In an initial state immediately after the multipoint optical fiber sensor device is installed, the
ここで、例えば上流側から2番目の測定点2のノード15を例に説明する。なお、他の測定点2のノード15における処理も同様である。通信制御部12は先ず図4のステップS41を繰り返し実行し、送信要求条件C1が満たされるまで待機する。送信要求条件C1は、所定時刻の到来(定期的な測定の場合)、又は光センサ部9からの状態検出信号の受信(定期的な測定以外の測定の場合)によって満たされる。
Here, for example, the
そして、送信要求条件C1が満たされるとステップS42に進み、通信制御部12は送信可能条件C2が満たされているか否かを判断する。送信可能条件C2が満たされていない場合には、通信制御部12はステップS42を繰り返し実行し、送信可能条件C2が満たされるまで待機する。通信制御部12は第1の光検出手段10と第2の光検出手段11からの検出信号に基づき、送信可能条件C2が満たされたか否かを判断する。
When the transmission request condition C1 is satisfied, the process proceeds to step S42, and the
いま、当該測定点2よりも上流側の測定点2で通信が行われている場合には、上流側の光スイッチ8が分岐線側に切り換えられており、当該測定点2の第1の光検出手段10は送信機4からの送出光3を検出できないのでオフとなる。また、当該測定点2よりも下流側の測定点2で通信が行われている場合には、その通信に係る反射光5が検出されるので、第2の光検出手段11はオンとなる。即ち、第1の光検出手段10:オフ、第2の光検出手段11:オンの少なくとも一方が満たされる場合には、他の測定点2のノード15で通信が行われている。したがって、通信制御部12はステップS42を繰り返し実行し、他の測定点2のノード15の通信が終了するのを待つ。
If communication is being performed at the
一方、当該測定点2よりも上流側の測定点2で通信が行われていなければ、上流側の光スイッチ8は全て幹線側に切り換えられているので、当該測定点2の第1の光検出手段10は送出光3を検出しオンとなる。また、当該測定点2よりも下流側の測定点2で通信が行われていなければ、第2の光検出手段11は反射光5を検出できないのでオフとなる。即ち、第1の光検出手段10:オン、第2の光検出手段11:オフの両方が満たされる場合には、他の測定点2で通信が行われていない。この両方が満たされる場合、送信可能条件C2が満たされることになり、通信制御部12は通信を開始する。これにより、他の測定点2のノード15との通信の衝突が回避される。
On the other hand, if communication is not performed at the
なお、最も下流側に配置されている測定点2のノード15は上流側の測定点2で通信が行われていなければ通信可能となる。したがって、第1の光検出手段10の信号にのみ基づいて通信の可否を判断すれば足りるが、下流側からの反射光5はもともと存在しないことから第2の光検出手段11は常にオフとなるので、結局、他の測定点2と同様に第1の光検出手段10:オン、第2の光検出手段11:オフの両方が満たされるか否かを判断すれば良く、他の測定点2と同様に送信可能条件C2が満たされるか否かを判断することができる。
Note that the
また、最も上流側に配置されている測定点2のノード15は下流側の測定点2で通信が行われていなければ通信可能となる。したがって、第2の光検出手段11の信号にのみ基づいて通信の可否を判断すれば足りるが、送出光3を常に検出できることから第1の光検出手段10は常にオンとなるので、結局、他の測定点2と同様に第1の光検出手段10:オン、第2の光検出手段11:オフの両方が満たされるか否かを判断すれば良く、他の測定点2と同様に送信可能条件C2が満たされるか否かを判断することができる。
Further, the
次のステップS43では、通信制御部12は光スイッチ8の切換駆動部8dに分岐線側への切換信号を送信する。これにより、光スイッチ8の切換駆動部8dはスリープ状態から起動され、光スイッチ8を分岐線側に切り換える。これにより、当該ノード15での通信が開始される。
In the next step S43, the
次のステップS44では、光センサ部9がスリープ状態にある場合にはこれを起動させる。いま、ステップS41において、光センサ部9からの状態変化検出信号を受けることで送信要求条件C1が満たされた場合には既に光センサ部9は起動しているが、予め定められた時刻の到来によって送信要求条件C1が満たされた場合には、光センサ部9はスリープ状態にある。したがって、この場合には通信制御部12は光センサ部9のセンサ本体16及び信号変換部17を起動させる。
In the next step S44, if the optical sensor unit 9 is in the sleep state, it is activated. Now, in step S41, when the transmission request condition C1 is satisfied by receiving the state change detection signal from the optical sensor unit 9, the optical sensor unit 9 is already activated, but a predetermined time has arrived. When the transmission request condition C1 is satisfied, the optical sensor unit 9 is in the sleep state. Therefore, in this case, the
光スイッチ8の分岐線側への切り換えによって送出光3は光ファイバ幹線1から光ファイバ分岐線7へと取り込まれる。そして、光センサ部9の光変調素子18に入射され、センサ情報を含む変調光となりながら反射され、反射光5として光ファイバ幹線1から光ファイバ幹線1へと戻される。光ファイバ幹線1に戻った反射光5は光サーキュレータ21を介して受信機6に受信される。このようにして当該ノード15による通信が行われる。
The
通信制御部12は、センサ情報が重畳された反射光5が光ファイバ幹線1へと戻るのに十分な時間tの経過を待って光スイッチ8の切換駆動部8dに幹線側への切換命令を送信する(ステップS46)。これにより、光スイッチ8が幹線側へと切り換わり、当該ノード15の通信が終了し、反射光5が受信機6に受信された後は他の測定点2のノード15による通信が可能になる。
The
その後、通信制御部12はステップS47に進んで光センサ部9のセンサ本体16及び信号変換部17と光スイッチ8の切換駆動部8dをスリープ状態(電源13からの電力供給を最小限にした状態)に移行させた後、ステップS41に戻って再び送信要求条件C1が満たされるのを待つ。
Thereafter, the
受信機6によって受信された反射光5には、区別信号Iが重畳されているので、反射光5の伝播時間、即ち送信機4から送信されて受信機6に受信されるまでの時間を求め、求めた伝播時間に基づいてどの測定点2からの反射光5であるか判別することが可能である。
Since the discrimination signal I is superimposed on the reflected
また、受信機6によって受信された反射光5には、光センサ部9によるセンサ情報が含まれているので、光センサ部9による測定値を検出可能である。
Moreover, since the reflected
この多点型光ファイバセンサ装置では、1本の光ファイバ幹線1に光スイッチ8を介して光センサ部9を接続しているので、1本の光ファイバを使用して多数点における測定を行うことができる。そのため、複数の光ファイバを使用する場合に比べて構成を単純化することができ、装置が大掛かりなものになるのを防ぐことができる。
In this multi-point type optical fiber sensor device, since the optical sensor unit 9 is connected to one optical
また、各ノード15の通信制御部12はセンサ情報の送信要求条件C1が満たされた場合に送信可能条件C2を判断して通信を行うので、ノード15側からの要求に応じて通信を行うことができる。このとき、各ノード15は送信可能条件C2に基づいて光ファイバ幹線1の空き状態を確認してから通信を行うので、使用する光ファイバが1本であったとしても通信の衝突を回避することができ、光センサ部9で測定したセンサ情報を確実に受信機6へと送ることができる。
Further, since the
さらに、光センサ部9の接続に透過光の減衰を極力抑えることができる光スイッチ8を使用しているので、光カプラを使用した場合のように送出光を著しく減衰させることがなく、また、WDMカプラを使用した場合のように測定点毎に波長特性を変える必要もない。そのため、測定点2を多く設けることが可能である。
Furthermore, since the
また、本発明の多点型光ファイバセンサ装置は電源13を使用するものであるが、不要時には通信制御部12、光スイッチ8の切換駆動部8d、光センサ部9のセンサ本体16及び信号変換部17はスリープ状態に移行しているので、電力消費を抑えることができ、長時間稼働が可能である。また、容量の小さな電源13の使用が可能になり、装置を小型化が容易である。
The multi-point optical fiber sensor device of the present invention uses the
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。 The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、上述の説明では、送信要求条件C1は、予め定められた時刻に、又は光センサ部9による状態変化検出時に満たされるものであったが、必ずしもこれに限るものではなく、これら両方に加えて、又はこれらのうちいずれか一方或いは両方に代えて、例えば前回の送信を行ってから予め定められた所定時間の経過によって満たされるようにしても良い。この条件の場合には、所定時間経過毎に測定を行うことができる。所定時間の経過は、通信制御部12が備えているタイマ回路を使用して計測する。
For example, in the above description, the transmission request condition C1 is satisfied at a predetermined time or when a state change is detected by the optical sensor unit 9, but the present invention is not necessarily limited to this. Alternatively, instead of either one or both of these, for example, the predetermined time may be satisfied after the previous transmission. In the case of this condition, measurement can be performed every predetermined time. The elapse of the predetermined time is measured using a timer circuit provided in the
また、上述の説明では、送信機4から送信する送出光3に区別信号Iを重畳させるようにしていたが、送出光3に区別信号Iを重畳させなくても、どの測定点2からの反射光5であるかを特定できる場合、例えば光センサ部9で当該光センサ部9を識別する信号を重畳させることができる場合等には送出光3に区別信号Iを重畳させなくても良い。
In the above description, the discrimination signal I is superimposed on the
また、上述の説明では、送信処理が行われる場合以外には、光センサ部9及び光スイッチ8をスリープ状態にし、電力消費を抑えてバッテリ切れの防止を図っていたが、必ずしもこの構成に限るものではなく、例えば電源13として容量の大きなバッテリや商用電源13等を使用しバッテリ切れを問題にしなくても良い場合等には、光センサ部9や光スイッチ8をスリープ状態にせずに常時起動状態にしても良い。この場合には、素早い作動が可能である。
In the above description, except when transmission processing is performed, the optical sensor unit 9 and the
また、上述の説明では、光センサ部9は、光変調素子18によって送出光3及びその反射光5を変調させるようにしていたが、必ずしもこの構成に限るものではなく、例えば光ファイバ分岐線7の先端部分を光センサ部9として利用しても良い。この場合には、送出光3は光ファイバ分岐線7の先端面に設けられた反射体によって反射して光ファイバ幹線1へと戻る。例えば、測定対象物の振動を検出する場合、光ファイバ分岐線7の先端部分に測定対象物の振動が伝わるようにしておくことで、光ファイバ分岐線7の先端部分を伝わる送出光3及び反射光5を変調することができる。
In the above description, the optical sensor unit 9 modulates the transmitted
また、上述の説明では、光スイッチ8として自己保持型のものを使用していたが、必ずしも自己保持型の光スイッチに限るものではなく、例えば常時の電力供給が可能な場合等には、電力の供給を受けて切換位置を保持し、電力供給が断たれるとばね力等により位置が復帰されるタイプの光スイッチ等を使用しても良い。この場合には、幹線側を復帰位置にしておき、通信を行う場合にのみ電力供給を受けて作動するようにすることが好ましい。
In the above description, a self-holding type
1 光ファイバ幹線
2 測定点
1a 光ファイバ幹線1の上流側端
3 送出光
4 送信機
5 反射光
6 受信機
7 光ファイバ分岐線
8 光スイッチ
9 光センサ部
10 第1の光検出手段
11 第2の光検出手段
12 通信制御部
13 電源
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